伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的性能比較　　

步進(jìn)電機(jī)作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。　　

一、控制精度不同　　兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角?！　〗涣魉欧姍C(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655?！　?/span>

二、低頻特性不同　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等?！　〗涣魉欧姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整?！　?/span>

三、矩頻特性不同　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 　

　四、過載能力不同　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象?！　?/span>

五、運(yùn)行性能不同　　步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠?！　?/span>

六、速度響應(yīng)性能不同　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合?！　【C上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。

伺服電機(jī)的選型計(jì)算方法　　

一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認(rèn)。　　

二、電機(jī)軸上負(fù)載力矩的折算和加減速力矩的計(jì)算?！　?/span>

三、計(jì)算負(fù)載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機(jī)為例，部分產(chǎn)品慣量匹配可達(dá)50倍，但實(shí)際越小越好，這樣對精度和響應(yīng)速度好?！　?/span>

四、再生電阻的計(jì)算和選擇，對于伺服，一般2kw以上，要外配置?！　?/span>

五、電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對于安川伺服等日系產(chǎn)品值編碼器是6芯，增量式是4芯。
如何將伺服電機(jī)改成連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)　　將伺服電機(jī)改成連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)　　任何伺服電機(jī)都可以改成雙向變速電機(jī)。通常來說控制電機(jī)的速度和方向是需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片以及其他一些元件的，而伺服電機(jī)上這些元件已經(jīng)都具備了。改裝伺服電機(jī)是zui常見且zui廉價(jià)的，獲取機(jī)器人里用的數(shù)字控制變速器的方法，這樣就得到一個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)。這個(gè)改動(dòng)，部分是機(jī)械的，部分是電氣的。電氣的改動(dòng)部分是將電位器改成兩個(gè)同阻值的固定電阻，機(jī)械的改動(dòng)部分是將阻止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的限位裝置去掉。
 　　首先拆開伺服電機(jī)。HTX500伺服電機(jī)殼由三塊塑料卡接而成，我們可以用小的一字螺絲刀或者類似的薄片將其撬開。從頂上將齒輪拉開，然后從底下小心地將伺服電機(jī)的控制電路板拉出來（見圖I）。里面的機(jī)械限位有兩個(gè)，用尖嘴鉗彎折可以將轉(zhuǎn)動(dòng)軸旁邊的金屬限位去除，用斜向切割器可以將頂殼上的塑料限位去除（見圖J）。用兩個(gè)加起來5kΩ左右的固定電阻來替代5kΩ的電位器，兩個(gè)2.2kΩ的電阻就行。將電位器上的三根線解焊下來，再將兩個(gè)電阻如圖K所示焊上去。用絕緣膠帶或是熱縮管將這個(gè)新組件包好（見圖L），然后將這些電路都塞回到伺服電機(jī)殼子里，再把殼子裝好。改裝完成了，現(xiàn)在可以校準(zhǔn)一下這個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)，看看起點(diǎn)在哪里。如果兩個(gè)電阻阻值相等的話，送到伺服電機(jī)是90°角的時(shí)候電機(jī)能停下來。你的電機(jī)可能會(huì)有一點(diǎn)偏差，可以試試用先前的程序做實(shí)驗(yàn)看看哪個(gè)角度能將電機(jī)停住。記住這個(gè)值，因?yàn)槊總€(gè)伺服電機(jī)都不一樣。
 　　兩個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)完成一個(gè)畫圖機(jī)器人 　　用兩個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)我們就能完成一個(gè)畫圖機(jī)器人。采用兩個(gè)伺服電機(jī)、一個(gè)9V電池、一個(gè)小面包板、一塊Adafruit Boarduino控制板（Arduino 板的克隆版）、一個(gè)Sharpie記號筆還有幾個(gè)塑料轉(zhuǎn)盤。這個(gè)電路和全景攝像頭的一樣，而且所有的部件也是用熱熔膠粘在一起的。任何直徑在2～7cm的轉(zhuǎn)盤都可以做輪子，比如說塑料的螺絲頂蓋。想加強(qiáng)引力還可以用膠帶將輪子邊緣包起來。伺服電機(jī)的設(shè)定和前面一樣，代碼里要用上剛才實(shí)驗(yàn)得到的電機(jī)起點(diǎn)位置的變量（你的電機(jī)起點(diǎn)位置可能不一樣）。代碼的邏輯讓一個(gè)電機(jī)朝某個(gè)方向移動(dòng)一段時(shí)間，然后換到另一個(gè)電機(jī)?，F(xiàn)在大功告成，你可以去試試你的機(jī)器人了（見圖M）。
 
伺服電機(jī)安裝使用注意事項(xiàng)　

　一、伺服電機(jī)油和水的保護(hù)　　

A：伺服電機(jī)可以用在會(huì)受水或油滴侵襲的場所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服電機(jī)不應(yīng)當(dāng)放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中?！　?/span>

B：如果伺服電機(jī)連接到一個(gè)減速齒輪，使用伺服電機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)加油封，以防止減速齒輪的油進(jìn)入伺服電機(jī)?！　?/span>

C：伺服電機(jī)的電纜不要浸沒在油或水中?！?/span>

　二、伺服電機(jī)電纜→減輕應(yīng)力　　

A：確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負(fù)荷，尤其是在電纜出口處或連接處?！　?/span>

B：在伺服電機(jī)移動(dòng)的情況下，應(yīng)把電纜（就是隨電機(jī)配置的那根）牢固地固定到一個(gè)靜止的部分（相對電機(jī)），并且應(yīng)當(dāng)用一個(gè)裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到zui小?！　?/span>

C：電纜的彎頭半徑做到盡可能大?！　?/span>

三、伺服電機(jī)允許的軸端負(fù)載　　

A：確保在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加到伺服電機(jī)軸上的徑向和軸向負(fù)載控制在每種型號的規(guī)定值以內(nèi)?！　?/span>

B：在安裝一個(gè)剛性聯(lián)軸器時(shí)要格外小心，特別是過度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損?！　?/span>

C：用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負(fù)載低于允許值，此物是專為高機(jī)械強(qiáng)度的伺服電機(jī)設(shè)計(jì)的。　　

D：關(guān)于允許軸負(fù)載，請參閱“允許的軸負(fù)荷表”（使用說明書）?！　?/span>

四、伺服電機(jī)安裝注意　　

A：在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機(jī)軸端時(shí)，不要用錘子直接敲打軸端。（錘子直接敲打軸端，伺服電機(jī)軸另一端的編碼器要被敲壞）。　

　B：竭力使軸端對齊到*狀態(tài)（對不好可能導(dǎo)致振動(dòng)或軸承損壞）。
步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較　　步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較?！　?/span>

一、控制精度不同　　兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角?！　〗涣魉欧姍C(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。　　

二、低頻特性不同　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等?！　〗涣魉欧姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整?！　∪?、矩頻特性不同　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。　　四、過載能力不同　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象?！　∥?、運(yùn)行性能不同　　步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠?！　×⑺俣软憫?yīng)性能不同　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合?！　【C上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。